ТРАЕКТОРНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ РОБОТА ПРИ НАЛИЧИИ ПОДВИЖНЫХ ПРЕПЯТСТВИЙ

 Исследована задача синтеза траекторного управления движением мобильного робота в нестационарном внешнем окружении, в частности, при наличии в рабочем пространстве робота внешних подвижных объектов, с использованием методов дифференциальной геометрии и методов стабилизации инвариантных многообразий в пространстве выходов объекта управления. Для построения алгоритма управления рассмотрена относительная динамика объекта управления и внешнего подвижного объекта, и применяются методы дифференциально-геометрического преобразования исходной модели к задачно-ориентированной системе координат, формулирующей исходную задачу в терминах продольного движения, ортогонального и углового отклонений, для которой строятся пропорционально-дифференциальные алгоритмы управления с прямой компенсацией нелинейностей. Основные результаты представлены задачно-ориентированной моделью пространственного движения и соответствующими нелинейными алгоритмами управления. Для иллюстрации работоспособности предлагаемого метода приведен пример моделирования движения твердого тела вдоль прямолинейной траектории при наличии в рабочем пространстве внешнего подвижного объекта, движущегося по прямолинейной траектории, пересекающей желаемую траекторию движения объекта управления. В примере реализован обход внешнего движущегося объекта по круговой траектории и возврат на исходную желаемую траекторию.

1. Lekkas A., Fossen T. Minimization of cross-track and along-track errors for path tracking of marine underactuated vehicles // Proc. 2014 European Control Conference (ECC). Strasbourg, France, 2014. P. 3004–3010. doi: 10.1109/ecc.2014.6862594
2. Lee T., Leok M., McClamroch N.H. Geometric tracking control of a quadrotor UAV on SE(3) // Proc. IEEE Conference on Decision and Control. Atlanta, USA, 2010. P. 5420–5425. doi: 10.1109/CDC.2010.5717652
3. Lapierre L., Soetanto D. Nonlinear path following control of an AUV // Ocean Engineering. 2007. V. 34. N 11-12. P. 1734–1744. doi: 10.1016/j.oceaneng.2006.10.019
4. Aguiar A.P., Hespanha J.P., Kokotovic P.V. Path-following for nonminimum phase systems removes performance limitations // IEEE Transactions on Automatic Control. 2005. V. 50. N 2. P. 234–239. doi: 10.1109/TAC.2004.841924
5. Hladio A., Nielsen C., Wang D. Path following for a class of mechanical systems // IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2013. V. 21. N 6. P. 2380–2390. doi: 10.1109/tcst.2012.2223470
6. Banaszuk A., Hauser J. Feedback linearization of transverse dynamics for periodic orbits // Systems & Control Letters. 1995. V. 26. N 2. P. 95–105. doi: 10.1016/0167-6911(94)00110-h
7. Колесников А.А., Веселов Г.Е., Попов А.Н. и др. Синергетические методы управления сложными системами: механические и электромеханические системы. M.: КомКнига, 2006. 300 с.
8. Мирошник И.В. Согласованное управление многоканальными системами. Л.: Энергоатомиздат, 1990. 128 с.
9. Мирошник И.В., Фрадков А.Л., Никифоров В.О. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами. СПб.: Наука, 2000. 549 с.
10. Miroshnik I.V., Chepinsky S.A. Trajectory motion control of underactuated manipulators // Prepr. 7th IFAC Symposium on Robot Control. Wroclaw, Poland, 2003. P. 105–110.
11. Капитанюк Ю.А., Чепинский С.А. Задача управления многоканальной динамической системой по кусочно-гладкой траектории // Изв. вузов. Приборостроение. 2013. Т. 56. № 4. С. 65–70.
12. Kapitanyuk Y.A., Chepinsky S.A. Control of mobile robot following a piecewise-smooth path // Gyroscopy and Navigation. 2013. V. 4. N 4. P. 198–203. doi: 10.1134/s207510871304007x
13. Kapitanyuk Y.A., Chepinskiy S.A., Kapitonov A.A. Geometric path following control of a rigid body based on the stabilization of sets // IFAC Proceedings Volumes. 2014. V. 47. N 3. P. 7342–7347. doi: 10.3182/20140824-6-za-1003.02502
14. Wang J., Kapitanyuk Y.A., Chepinskiy S.A., Liu D., Krasnov A.J. Geometric path following control in a moving frame // IFAC-PapersOnLine. 2015. V. 48. N 11. P. 150–155. doi: 10.1016/j.ifacol.2015.09.175
15. Nielsen C., Fulford C., Maggiore M. Path following using transverse feedback linearization: Application to a maglev positioning system // Proceedings of the American Control Conference, ACC'09. St. Louis, USA, 2009. P. 3045–3050. doi: 10.1109/ACC.2009.5159998
16. Akhtar A., Waslander S.L., Nielsen C. Path following for a quadrotor using dynamic extension and transverse feedback linearization // Proc. 51st IEEE Conference on Decision and Control (CDC). Maui, USA, 2012. P. 3551–3556. doi: 10.1109/cdc.2012.6425945
17. El-Hawwary M.I., Maggiore M. Case studies on passivity-based stabilisation of closed sets // International Journal of Control. 2011. V. 84. N 2. P. 336–350. doi: 10.1080/00207179.2010.551303
18. Roza A., Maggiore M. Position control for a class of vehicles in SE(3) // Proc. 51st IEEE Conference on Decision and Control (CDC). Maui, USA, 2012. P. 5631–5636. doi: 10.1109/cdc.2012.6425982
19. Ван Ц., Краснов А.Ю., Капитанюк Ю.А., Чепинский С.А., Чэнь И., Лю Х. Реализация алгоритмов траекторного управления на базе мобильного робота с роликонесущими колесами // Гироскопия и навигация. 2016. Т. 24. № 3(94). С. 131–142. doi: 10.17285/0869-7035.2016.24.3.131-142
20. Wang J., Chepinskiy S.A., Krasnov A.J., Zhang B., Liu H., Chen Y., Khvostov D.A. Geometric path following control for an omnidirectional mobile robot // Proc. 21st Int. Conf. on Methods and Models in Automation and Robotics, MMAR. Miedzyzdroje, Poland, 2016. P. 1063–1068. doi: 10.1109/mmar.2016.7575285
 

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License